基于组态王的磁动力输送控制系统

2021-04-24李海燕

科学技术创新 2021年9期

李海燕

（1、中煤张家口煤矿机械有限责任公司，河北张家口076250 2、河北省高端智能矿山装备技术创新中心，河北张家口076250）

1 概述

磁动力输送系统是一种新型的散装物料输送系统，系统以直线电机为其动力源。直线电机转子为钕铁硼永磁体，定子为三相绕组线圈。转子设计为海尔贝克阵列排布，转子上方是矿车，矿车车体和转子车底为一体，共同运动。定子线圈间隔距离不等地安装在轨道上。按照驱动柜的驱动能力大小将线圈分为若干组，每台驱动柜驱动线圈数量不等。每组线圈头尾各安装一个传感器，当转子直线运动经过当前线圈组头传感器，定子线圈被触发通电；当转子经过当前线圈组尾传感器，线圈被触发断电。驱动柜设计为四象限变频器，在矿车下坡时可将势能转化为电能并储存，在上坡时释放电能驱动矿车，节省了电能消耗，绿色环保。线路还设计有装载和卸载车站，整条线路为循环线路。输送系统示范线设计为1 公里，共直流母线供配电，共29 台驱动柜，基于组态王[1]的上位机控制程序控制整条线路。

2 控制系统综述

控制系统采用上下位机结构，系统硬件包括PLC 可编程控制器、工业以太网交换机、工控机。上位机采用组态王6.55 开发软件。上位机设计有主界面、驱动柜参数设置界面、整流站监测界面等。主界面为车辆运行位置监控和充电放电功能控制，驱动柜参数设置界面可以设置单个驱动柜的电流和速度运行模式、目标速度、电流、超时停机时间等参数。

3 组态控制系统设计

3.1 PLC 与上位机组态王之间的通信

驱动柜接口为以太网接口，执行Modbus TCP 协议，通过交换机连接成通信网络。每台下位机硬件为西门子S-1200，通过交换机将全部驱动柜数据集成连接到S-1500，再将数据上传到工控机，由工控机上的组态王软件[2]实现数据显示、故障诊断、控制列车运行的功能。上位机中设置驱动柜为从机，上位机为主机，每台驱动柜都分配有单独的IP 地址。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器、运行系统组成，主要完成数据的采集、通信与动画显示的功能。

组态王最核心的部分为数据库[3]，数据库作为中介环节将驱动柜的工作状态及各模拟量数据实时显示在监控界面上，还将上位机的控制指令迅速传递给驱动柜，数据库是联系上位机和下位机之间的桥梁。数据库位于工程管理器中，其中的数据词典定义数据变量，本系统有内存离散、I/O 实型、内存整数等变量类型。每台驱动柜有母线电压、输出电流、目标速度、实际速度等多个变量。组态王采集的数据存放在数据库中的数据词典里。在数据词典中定义所需变量时，把需要显示的电流、速度等变量在记录选项卡中选择变化数据记录，把这些变量与历史控件进行动画连接，在控件的属性一栏中选择不同的变量显示不同的颜色。

3.2 人机界面设计

监控界面主要4 部分为：主界面、驱动柜界面、南区数据、北区数据界面；AFE 界面；道岔、装载站、卸载站。

主界面（见图1）主要执行驱动柜充电功能，显示矿车在示范线上的运行轨迹，驱动柜的自由停车或速度模式的状态显示，驱动柜的故障报警，南区北区的驱动柜制动控制。驱动柜界面（见图2）主要显示变频器的电压、电流、频率、目标速度参数设置以及远端启动、制动、接力等运行模式设置，实时数值显示，故障字显示。驱动柜附近设置小灯显示不同的颜色，代表不同的工作运行状态，白色为自由停车模式、蓝色为速度模式、绿色为驱动柜工作状态、红色为故障状态。南区和北区数据主要显示两区所有的驱动柜的母线电压实时监测值、入口速度、出口速度等。AFE 界面和道岔、装载站、卸载站界面主要显示参数和运行控制状态。

图1 磁动力输送系统主界面

图2 驱动柜界面

图3 两列车控制流程图

图4 磁动力输送系统示范线

3.3 动态连接

在主界面设计的线路矿车运行信号指示灯的动态变化是依据变量的变化，需要将界面中的信号灯和变量连接起来，连接变量为入口和出口霍尔传感器的触发信号。

3.4 报警及故障分析

控制系统中运行报警和事件记录是必不可少的功能。当设备出现故障，如常见的变频器过流故障、通讯故障、闭锁开关故障等情况时，系统自动产生故障报警，小灯变为红色，点开故障驱动柜，显示驱动柜故障字，对应故障字可以查询故障表分析出故障类型，通过上位机远端复位或就地修复故障。

3.5 运行程序

示范线设置电流、速度两种运行模式。速度模式依据缓坡、陡坡和目标速度等工况及参数要求设置电流值大小，使不同的驱动柜输出电流不同，驱动柜工作于不同工况下的加速、减速状态。线路的每台驱动柜都可以设置为启动停止位置。线路启停，沿线自动运行控制需要编写命令语言，运行程序依照调度计划设计两种运行模式，分别为单列矿车和两列矿车经过卸载站和装载站循环运行，两列车控制流程图如图3，控制策略的触发信号主要为电机组的头尾霍尔传感器通断信号。